摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置及方法与流程

文档序号:12332396阅读:来源:国知局

技术特征:

1.摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置,其特征在于:包括三自由度柔性并联机构本体和控制组件;

所述三自由度柔性并联机构本体包括动平台和三个并联驱动控制分支;所述动平台为三角盘,外形为等边三角形,动平台上设有三轴加速度传感器和角速度传感器;每个并联驱动控制分支包括摆动气缸、刚性主动杆和柔性从动杆,所述刚性主动杆的一端与摆动气缸的转盘连接,刚性主动杆的另一端与柔性从动杆的一端转动连接,所述柔性从动杆的另一端与动平台的一个边角处转动连接;所述摆动气缸由气动控制回路驱动,摆动气缸的输出轴通过联轴器连接一光电编码器,所述柔性从动杆上设有压电传感器和压电驱动器;

所述控制组件分别与气动控制回路、光电编码器、三轴加速度传感器、角速度传感器、压电传感器和压电驱动器连接。

2.根据权利要求1所述的摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置,其特征在于:所述气动控制回路包括气泵、气动三联件和气动比例方向控制阀,所述气泵通过气动三联件与气动比例方向控制阀连接,所述气动比例方向控制阀分别与摆动气缸的两个气腔连接;所述气动三联件由空气过滤器、气动减压阀和油雾分离器组装在一起,并带有一个压力表。

3.根据权利要求2所述的摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置,其特征在于:所述控制组件包括工控计算机、脉冲计数电路、A/D转换元件、D/A转换元件、电荷放大器和电压放大器,所述工控计算机分别与脉冲计数电路、A/D转换元件和D/A转换元件连接,所述A/D转换元件通过电荷放大器与压电传感器连接,并与三轴加速度传感器、角速度传感器连接,所述D/A转换元件通过电压放大器与压电驱动器连接,并与气动比例方向控制阀连接;

三轴加速度传感器检测的加速度信号和角速度传感器检测的角速度信号经过A/D转换元件进行模数转换后得到数字信号,数字信号输入到工控计算机;光电编码器检测的角位移信号经过脉冲计数电路进行脉冲计数处理后得到数字信号,数字信号输入到工控计算机;工控计算机根据三轴加速度传感器、角速度传感器和光电编码器检测的信号得到运动控制的控制信号,控制信号经过D/A转换元件转换为模拟信号后输入到气动比例方向控制阀,从而控制摆动气缸的摆动;

压电传感器检测的振动信号经过电荷放大器和A/D转换元件处理后输入到工控计算机,工控计算机根据压电传感器检测的信号,输出相应的电压值,经过D/A转换元件和电压放大器后输入到压电驱动器,从而控制柔性从动杆的振动。

4.根据权利要求3所述的摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置,其特征在于:所述脉冲计数电路、A/D转换元件和D/A转换元件集成在一运动控制器上。

5.根据权利要求2-4任一项所述的摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置,其特征在于:所述气动比例方向控制阀还连接两个消声器。

6.根据权利要求1-4任一项所述的摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置,其特征在于:所述刚性主动杆的一端通过法兰与摆动气缸的转盘连接,刚性主动杆的另一端通过第一转轴与柔性从动杆的一端转动连接,所述柔性从动杆的另一端通过第二转轴与动平台的一个边角处转动连接。

7.根据权利要求1-4任一项所述的摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置,其特征在于:所述压电传感器和压电驱动器均有两个,两个压电传感器和两个压电驱动器均粘贴在柔性从动杆的横向中心线上,且一个压电传感器和一个压电驱动器位于靠近柔性从动杆一端的位置上,另一个压电传感器和另一个压电驱动器位于靠近柔性从动杆另一端的位置上,两个压电传感器关于柔性从动杆的几何中心对称,两个压电驱动器也关于柔性从动杆的几何中心对称。

8.根据权利要求1-4任一项所述的摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置,其特征在于:所述三自由度柔性并联机构本体还包括静平台,所述静平台由若干不同长度的铝型材和基板组成,三个并联驱动控制分支的摆动气缸以对称分布的形式固定在静平台上。

9.根据权利要求8所述的摆动气缸驱动的三自由度柔性并联机构控制装置,其特征在于:所述静平台的底部具有四个支撑脚,四个支撑脚围成的平面上设有一支撑板。

10.基于权利要求3所述装置的三自由度柔性并联机构控制方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:

步骤一、三轴加速度传感器检测动平台运动时在水平面的两个垂直方向加速度信号,角速度传感器检测动平台运动时绕垂直于平面轴线旋转的角速度信号;

步骤二、加速度信号和角速度信号经过A/D转换元件进行模数转换后得到数字信号,数字信号输入到工控计算机;

步骤三、压电传感器检测柔性从动杆的振动信号,经过电荷放大器和A/D转换元件处理后输入到工控计算机,工控计算机根据压电传感器检测的信号,输出相应的电压值,经过D/A转换元件和电压放大器后输入到压电驱动器,以抑制柔性从动杆的柔性变形与振动;

步骤四、光电编码器检测摆动气缸的运动角位移,角位移信号经过脉冲计数电路进行脉冲计数处理后得到数字信号,数字信号输入到工控计算机;

步骤五、工控计算机根据步骤二和步骤四得到的数字信号,运行控制算法,计算得出运动控制的控制信号,控制信号经过D/A转换元件转换为模拟信号后输入到气动比例方向控制阀,控制摆动气缸的转动方向和位移,调节气动比例方向控制阀的换向和进排气流量,控制摆动气缸的摆动方向和速度,从而控制动平台运动达到期望的位置和姿态。

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